基于層次分析法的艦船電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案決策

侯玉 王志剛

（海軍駐大連426廠軍事代表室， 大連 116001）

艦船電力系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著確保全艦所有設(shè)備用電連續(xù)性和可靠性的重任，是艦船的一級(jí)系統(tǒng)。在進(jìn)行艦船電力系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)過程中，通常會(huì)根據(jù)電力系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的組成方式、數(shù)量以及功能的不同形成若干設(shè)計(jì)方案，因此需對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行決策評(píng)估，選取綜合性能最優(yōu)的方案?，F(xiàn)階段對(duì)方案的決策一般采取在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下定性分析評(píng)估的方式，而艦船電力系統(tǒng)的方案評(píng)估決策需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、可行性、可靠性、安全性、可維修性等多種指標(biāo)，屬于多目標(biāo)問題決策的問題，在選擇最優(yōu)方案時(shí)，不僅需要進(jìn)行定性分析，還需要進(jìn)行定量分析，以提高決策水平。

多目標(biāo)決策問題有很多定量分析方法，其中層次分析法是解決多目標(biāo)決策問題的一種很好的方法。隨著層次分析法在國內(nèi)的普及，層次分析法在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。文獻(xiàn)[1]綜述了層次分析法在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，介紹了層次分析法在電廠選址決策、優(yōu)化發(fā)電技術(shù)、電力機(jī)組恢復(fù)秩序以及電力負(fù)荷預(yù)測等方面的應(yīng)用，文獻(xiàn)[2]研究了火電廠選址決策的層次分析法，文獻(xiàn)[3]研究了發(fā)電技術(shù)綜合評(píng)價(jià)的層次分析法，但利用層次分析法對(duì)艦船電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行決策的研究在國內(nèi)外還比較少，很難查到有關(guān)文獻(xiàn)資料。本文利用層次分析法建立艦船電力系統(tǒng)方案決策模型，利用專家打分定量分析各個(gè)方案相對(duì)于經(jīng)濟(jì)性、可行性、可靠性、安全性、可維修性等五種指標(biāo)的重要程度，結(jié)合五種指標(biāo)在電力系統(tǒng)綜合性能中的排序?qū)ふ易顑?yōu)方案，為艦船電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案決策提供依據(jù)。

1 層次分析法[4,5]

層次分析法原理：

（1） 層次分析法通過分析復(fù)雜系統(tǒng)所包含的因素及其相互關(guān)系，將系統(tǒng)分解為不同的要素，并將這些要素劃歸不同層次，從而客觀上形成多層次的分析結(jié)構(gòu)模型。

在完成層次結(jié)構(gòu)模型后，將每一層內(nèi)各因子對(duì)上一層中某一因子有關(guān)的因素影響大小逐對(duì)地進(jìn)行兩兩比較判斷，并根據(jù)一定的比較標(biāo)度將這種結(jié)果定量化，形成判斷矩陣。判斷矩陣標(biāo)度和含義如表1所示。

假設(shè)某指標(biāo)受m個(gè)因素影響，可構(gòu)造判斷矩陣表，要求專家根據(jù)各因素對(duì)指標(biāo)的重要性程度和判斷標(biāo)度，并填寫相應(yīng)數(shù)字。表1顯示了判斷矩陣標(biāo)度和含義。

表1 判斷矩陣標(biāo)度和含義

得到單位化向量W=[W1,W2,……Wm]T。

設(shè)(AW)i（i=1,2,……m)表示上述判斷矩陣 A第i行與W的乘積，λmax表示判斷矩陣的最大特征向量，則：

（3）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

矩陣隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值如表2所示。

為評(píng)價(jià)判斷矩陣的一致性如何，需要計(jì)算判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI和判斷矩陣的隨機(jī)一致性比例CR。

表2 矩陣隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值

根據(jù)CR是否小于臨界值 0.1來檢驗(yàn)判斷矩陣A是否具有滿意的一致性。

2 艦船電力系統(tǒng)性能層次模型的建立與求解

2.1 建立層次模型

影響電力系統(tǒng)的性能指標(biāo)有很多，歸納起來主要包括經(jīng)濟(jì)性、可行性、可靠性、安全性和可維修性等五個(gè)指標(biāo)。在對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行決策過程中，不同方案會(huì)對(duì)上述五項(xiàng)指標(biāo)產(chǎn)生不同的影響，而上述五項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)于艦船電力系統(tǒng)綜合性能的權(quán)重又不一樣，因此，假定當(dāng)前有三套電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，建立艦船電力系統(tǒng)性能層次模型如圖1所示。

圖1 艦船電力系統(tǒng)性能層次模型

2.2 構(gòu)建判斷矩陣

利用專家打分，構(gòu)建判斷矩陣如下：

各指標(biāo)B對(duì)目標(biāo)A的判斷矩陣：

各方案C對(duì)各個(gè)指標(biāo)B的判斷矩陣：

2.3 計(jì)算判斷矩陣

求各方案C對(duì)各個(gè)指標(biāo)B的判斷矩陣的特征向量并將其正規(guī)化得：

求各個(gè)指標(biāo)B對(duì)目標(biāo)A的判斷矩陣的特征向量并將其正規(guī)化得：

求得方案C對(duì)目標(biāo)A的權(quán)重：

2.4 一致性檢驗(yàn)

對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，

符合一致性要求。

故電力系統(tǒng)第一種設(shè)計(jì)方案性能最好。

3 結(jié)束語

層次分析法主要是將復(fù)雜的問題層次化，是解決多準(zhǔn)則、多目標(biāo)問題的行之有效的方法。引用層次分析法進(jìn)行艦船電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)決策，量化決策中需要考慮的各種指標(biāo)，是一種值得研究的途徑。

[1] 趙云飛，陳金富. 層次分析法及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備，2004, 24（9）：85-87.

[2] 呂蓬，邢棉，康怡. 火電廠選址最優(yōu)規(guī)劃中的層次分析法[J]. 華北電力學(xué)院學(xué)報(bào), 1994, 21（4）：99-105.

[3] 周宏，戴韌，黃婷等. 發(fā)電技術(shù)綜合評(píng)價(jià)的層次分析法[J]. 電力建設(shè)，2001,22（4）：23-25.

[4] 汪應(yīng)洛. 系統(tǒng)工程導(dǎo)論[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982：128-136.

[5] 許樹柏. 層次分析法分析原理[M]. 天津：天津大學(xué)出版社, 1988:2-5.